Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Chuyển đổi số trong hoạt động của cơ quan tư pháp

Chuyển đổi số trong hoạt động của cơ quan tư pháp

Trong bối cảnh đẩy mạnh cải cách hành chính và xây dựng chính quyền số, các cơ quan tư pháp tỉnh Lào Cai đang từng bước ứng dụng công nghệ thông tin vào mọi hoạt động nghiệp vụ, từ tiếp nhận hồ sơ, giải quyết thủ tục đến quản lý dữ liệu và công khai thông tin pháp lý.

Hành động thực chất thực hiện mục tiêu chuyển đổi số

Hành động thực chất thực hiện mục tiêu chuyển đổi số

Năm 2026, tỉnh Lào Cai xác định chuyển đổi mạnh mẽ từ “nhận thức” sang “hành động thực chất” trong phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số. Những kết quả đạt được trong năm 2025 sẽ là nền tảng quan trọng để tỉnh phát triển đột phá trong giai đoạn 2026 - 2030. Với quyết tâm cao, hành động quyết liệt của tỉnh sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chỉ số hài lòng cho người dân.

AI - Chìa khóa giúp doanh nghiệp tăng trưởng

AI - Chìa khóa giúp doanh nghiệp tăng trưởng

Trong bối cảnh chuyển đổi số đang diễn ra rộng khắp, trí tuệ nhân tạo (AI) đã và đang được ứng dụng mạnh mẽ trong hầu hết các khâu quan trọng của doanh nghiệp. AI được kỳ vọng là chìa khóa giúp doanh nghiệp tăng trưởng trong kỷ nguyên mới.

Cảnh báo lỗ hổng bảo mật trong Chromium của Google - nguy cơ mất an ninh mạng trên các trình duyệt web

Cảnh báo lỗ hổng bảo mật trong Chromium của Google - nguy cơ mất an ninh mạng trên các trình duyệt web

Khi người dùng vô tình truy cập vào trang web này, trình duyệt có thể bị lợi dụng để chạy các đoạn mã do tin tặc cài sẵn. Từ đó, tin tặc có thể âm thầm đánh cắp thông tin đăng nhập, theo dõi hoạt động duyệt web hoặc chiếm quyền các tài khoản đang đăng nhập của người dùng.

“Bình dân học vụ số”: Từ tri thức đến động lực chuyển đổi số ở Lào Cai

“Bình dân học vụ số”: Từ tri thức đến động lực chuyển đổi số ở Lào Cai

Chuyển đổi số đang khẳng định vai trò chiến lược của khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo trong phát triển nhanh, bền vững. Sau một năm thực hiện Nghị quyết 57-NQ/TW, tinh thần “hành động đột phá, lan tỏa kết quả” dần đi vào thực tiễn. Tại Lào Cai, phong trào “Bình dân học vụ số” với cách tiếp cận từ cơ sở, thôn bản và từng người dân đã tạo chuyển động tích cực. Khi tri thức số được lan tỏa, khoa học - công nghệ và chuyển đổi số sẽ trở thành động lực thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội.

Cuộc “cách mạng số” ở Khánh Hòa

Cuộc “cách mạng số” ở Khánh Hòa

Sau hợp nhất, cấp ủy, chính quyền xã Khánh Hòa xác định lấy “số hóa” làm trung tâm xây dựng và vận hành đơn vị hành chính cấp xã. “Số hóa” đã và đang vào từng nếp nhà, từng thôn, bản, biến Khánh Hòa trở thành địa phương đi đầu trong thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi số của toàn tỉnh.

Bài 2: Nền tảng dữ liệu số - Chiến lược tạo đột phá phát triển

“Bình dân học vụ số”: Từ tri thức đến động lực chuyển đổi số ở Lào Cai Bài 2: Nền tảng dữ liệu số - Chiến lược tạo đột phá phát triển

Nếu phong trào “Bình dân học vụ số” giúp người dân từng bước làm quen với môi trường số, thì hạ tầng viễn thông và hệ thống dữ liệu chính là nền tảng để những kỹ năng ấy được ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn. Vì vậy, Lào Cai đang tập trung nguồn lực đầu tư hạ tầng số hiện đại, mở rộng mạng băng rộng và phát triển các nền tảng dữ liệu dùng chung, từng bước hình thành chính quyền số, kinh tế số và xã hội số bền vững.

Bài 1: Khi tri thức số bắt đầu từ cộng đồng

“Bình dân học vụ số”: Từ tri thức đến động lực chuyển đổi số ở Lào Cai Bài 1: Khi tri thức số bắt đầu từ cộng đồng

Sau hơn một năm triển khai Nghị quyết 57-NQ/TW của Bộ Chính trị, yêu cầu “hành động đột phá, lan tỏa kết quả” đang từng bước hiện hữu trong đời sống. Tại Lào Cai, trong tiến trình chuyển đổi số, con người được xác định là yếu tố nền tảng. Từ nhận thức đó, địa phương đã lựa chọn hướng đi mang tính căn cơ: phổ cập kỹ năng số cho người dân thông qua phong trào “Bình dân học vụ số”, đưa tri thức số lan tỏa tới cộng đồng.

fb yt zl tw